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1自由度制御型リニア磁気浮上駆動機構の研究

一自由度控制直线磁悬浮驱动机构研究

基本信息

批准号：
12750110
负责人：
進士忠彦
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750110/
关键词：
磁気浮上永久磁石反発力制御安定条件

项目摘要

クリーンルームや真空中で使用可能な非接触機構として,磁気浮上システムが検討されてきた.既存の磁気浮上システムは,電磁石や永久磁石により,非接触浮上が実現されているが,必ず複数の不安定自由度を有するためフィードバック制御が不可欠であった.本研究では,テーブルの剛体6自由度運動のうち,最小の1自由度のみを制御することで,完全非接触浮上が可能な,永久磁石反発型磁気浮上システムの実現を目的とする.本研究で提案するシステムは,テーブル固定側に反発力を発生させる4組の永久磁石を配置する構造とし,数値シミュレーションにより,移動方向を除く5自由度が安定となる永久磁石の配置条件を明らかにした.これを元に,テーブル部は,非磁性のステンレス,永久磁石にネオジム磁石を用いた移動テーブルを試作した.移動テーブル安定化のためには,永久磁石を移動部,コイルを固定部に配置したムービングマグネットタイプの1自由度DCリニアモータを,上記のテーブルシステムに内蔵し,フィードバックセンサとして,渦電流型変位計,コントローラとしてPIDコントローラを用いた1自由度のフィードバックシステムを構成した.試作したテーブルの質量は,15.3kg,外形寸法250×370×87mm,浮上量8.5mmである.実験結果から,リニアモータを用いた1自由度制御により,テーブルの安定化が実現可能で,位置決め範囲±1.05mmを実現した.また,試作装置の剛性は,並進方向5300N/m,垂直方向9100N/m,ローリング42Nm/rad,ピッチング160Nm/rad,ヨーイング33Nm/radであった.

In vacuum, it is possible to use a non-contact mechanism and a magnetic floating system. The existing magnetic floating system, electromagnet and permanent magnet, non-contact floating system, must have a plurality of unstable degrees of freedom. In this paper, the rigid body motion of 6 degrees of freedom is studied, and the minimum 1 degree of freedom is controlled. It is possible to float completely without contact. The purpose of this study is to realize the magnetic levitation of permanent magnet. This study proposes four permanent magnet configurations for generating reaction forces on the stationary side, and five degrees of freedom for moving the permanent magnets. This is a non-magnetic magnet, a permanent magnet, and a mobile magnet. The permanent magnet is composed of a moving part, a fixed part and a fixed part, wherein the permanent magnet is arranged with a first degree of freedom and a second degree of freedom; and the permanent magnet is arranged with a second degree of freedom and a third degree of freedom and a third degree of freedom. The mass of the test sample is 15.3kg, the external dimension is 250×370×87mm, and the floating amount is 8.5mm. As a result, the position resolution range of ±1.05mm can be realized by using 1-DOF control. Rigidity of test device: 5300N/m in horizontal direction, 9100N/m in vertical direction, 42Nm/rad, 160Nm/rad, 33Nm/rad.